CN116606593B - 一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于溶胶‑凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法。该方法为：采用溶胶‑凝胶法，以TEOS和MTES为原料制备有机硅前体溶胶，在溶胶中加入KH550修饰的改性石墨，通过刮涂或旋涂的方法在预处理后的橡胶试样表面形成含改性石墨的低摩擦复合涂层。该方法将通过对石墨片层进行改性处理，提高了其在有机硅溶胶中的分散性，增强了复合材料涂层的结构强度；由于石墨的片层结构本身具有良好的自润滑性，显著降低了涂层与金属对摩时的摩擦系数和磨损率，提高了复合涂层的摩擦学性能。本发明方法制备工艺简单、制备成本低、重复性高，可用于大规模的工业化生产。

Description

一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂 层及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料表面抗磨减摩涂层技术领域，特别涉及一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法。
背景技术
我国经济发展要完成“高能耗、高排放、高污染”的粗放型经济发展模式向“低消耗、低排放、高效率”的绿色低碳经济发展模式的转变，节能减排势在必行。现代工业体系中使用到大量的橡胶密封装置，用以防止工作介质泄漏及外界灰尘和异物侵入，而密封元件作为高压储存容器中极其重要的关键部件，往往是密封装置的一个薄弱环节，容易发生微动摩擦磨损，不仅会影响机械设备的安全稳定运行，还会造成能量的损失和浪费。因此，解决橡胶密封件的磨损能耗问题是橡胶密封装置研究的重中之重。
在橡胶表面制备具有低摩擦的涂层是一种良好的解决方案，目前虽然已有专利或论文制备了低摩擦的橡胶表面复合涂层，例如专利202110538479.4公开了一种超低摩擦的多层复合碳基润滑涂层及其构筑方法，提出通过磁控溅射技术在橡胶表面形成多层复合碳薄膜；吴彦明等在《On the adhesion and wear resistance of DLC films deposited onnitrile butadiene rubber_A Ti-C interlayer》中提到了一种采用双目标磁控溅射法制备的具有优异的耐磨性和低摩擦系数的掺钛碳(Ti-C)薄膜。但是上述专利和试验技术制备门槛高、工艺复杂、价格昂贵、需要大型设备，不适合大规模的工业化生产。
溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，能够使组分的扩散在纳米范围内，实现分子水平上的均匀掺杂，在软化学合成中占有重要地位，被广泛应用于制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面。石墨，因其片层结构本身具有良好的自润滑性，可以显著降低涂层与金属对摩时的摩擦系数和磨损率，提高复合涂层的摩擦学性能，被广泛应用于冶金、化工、机械设备、新能源汽车、核电、电子信息、航空航天和国防等行业。然而天然石墨与有机硅溶胶亲和力不强，直接将未经改性处理后的石墨加入到复合涂层中会导致其分散性较差，片层容易团聚，由此引发的界面问题导致涂料成膜后形成大量孔隙和裂纹，从而难以起到增强涂层致密性和耐磨性的作用，限制了其在耐磨减磨涂层中的进一步应用。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法，利用硅烷偶联剂对石墨进行表面改性处理，提高石墨材料在有机硅溶胶中的分散性和界面相容性，同时利用石墨片层的自润滑特性，提升整个复合涂层的结构致密性和摩擦学性能，用于改善因橡胶密封件摩擦磨损而产生的能耗问题。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法，所述有机硅/石墨复合涂层通过溶胶-凝胶法将复合涂料成型于橡胶表面，复合涂料包括有机硅前体溶胶与其中掺杂的改性石墨。本发明方法将通过对石墨片层进行改性处理，提高了其在有机硅溶胶中的分散性，增强了复合材料涂层的结构强度；由于石墨的片层结构本身具有良好的自润滑性，显著降低了涂层与金属对摩时的摩擦系数和磨损率，提高了复合涂层的摩擦学性能。
优选的，所述有机硅前体溶胶主要原料为硅酸四乙酯TEOS和三乙氧基甲基硅烷MTES；
优选的，所述改性石墨是由目数为5000目的石墨材料经KH-550改性制成。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤S10，将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照第一预设比例均匀混合后，连续搅拌，在室温下陈化后备用，得到前体溶胶，记为1号溶液；
步骤S11，将无水乙醇、去离子水、KH-550、HCl按照第二预设比例混合均匀后，将石墨材料加入该溶液中形成混合悬浮液；
步骤S12，将混合悬浮液超声后，水浴加热搅拌，得到含改性石墨的悬浮液；
步骤S13，将无水乙醇与高速离心机配合使用，将含改性石墨的悬浮液反复洗涤，随后将洗涤好的溶液在真空干燥箱中烘干，得到改性石墨材料；
步骤S14，将40～160mg改性石墨材料加入10ml无水乙醇溶液中，超声处理制成含有4～16mg/ml改性石墨材料的无水乙醇溶液，记为2号溶液；
步骤S15，将1号溶液和2号溶液混合后，配置得到含改性石墨材料的复合有机硅溶胶；
步骤S16，按照第三预设比例向复合有机硅溶胶内加入HCl后，磁力搅拌；
步骤S17，将搅拌后的复合有机硅溶胶转移进真空干燥器中保存，直至内部无气泡冒出，得到有机硅/石墨复合涂料；
步骤S18，通过涂覆方法将有机硅/石墨复合涂料涂覆于橡胶表面，得到橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层。
优选的，在步骤S10中，第一预设比例为：TEOS：MTES：无水乙醇：去离子水的体积比为1～10:1～10:2.5～10:0.5～5，混合条件为搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为30～60min，陈化时间为3～4天。
优选的，在步骤S11中，第二预设比例为：无水乙醇：去离子水：KH-550：HCl的体积比为9～20:1～5:2.5～5:0.1～1，石墨材料的质量为0.5～2g。
优选的，在步骤S12中，超声的时间为30～60min，水浴温度为60～80℃，搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为4～6h。
优选的，在步骤S13中，高速离心机转速为2000～5000rpm，洗涤持续时间为3～5min，洗涤次数三次，真空干燥箱温度为60～90℃，干燥时间为12～24h。
优选的，在步骤S14中，无水乙醇溶液为10～20ml，超声时间为10～24h；所述改性石墨材料的加入量为40～160mg，无水乙醇溶液为10ml；所述改性石墨材料的无水乙醇溶液的浓度为4～16mg/ml。
优选的，在步骤S16中，第三预设比例为复合有机硅溶胶：HCl的体积比为1：0.01～0.1，搅拌转速为300～500rpm，磁力搅拌时间为30～60min。
优选的，步骤S17中，所述真空干燥器中保存时间为10～20min。
涂覆方法包括以下步骤：
步骤S20，将橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤；
步骤S21，将洗涤后的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液和Tris溶液的混合溶液中；
步骤S22，将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗，在室温下干燥；
步骤S23，在橡胶试样表面中心滴加有机硅/石墨复合涂料，利用涂布棒或涂抹器涂抹平整均匀；
步骤S24，将涂覆后的试样在室温下干燥一段时间，随后转移至恒温干燥箱内干燥一段时间，得到涂覆有机硅/石墨复合涂层的橡胶试样。
优选的，在步骤S20中，橡胶试样尺寸为20～40*20～40*3～5mm；
优选的，在步骤S21中，多巴胺溶液浓度为2.0～2.5g/L，Tris溶液浓度为1.2～1.5g/L，浸泡时间为24～36h；
优选的，在步骤S22中，漂洗次数为2～4次；
优选的，在步骤S23中，复合涂料的量为60～200μl；
优选的，在步骤S24中，室温下干燥时间为1～2h，恒温干燥箱的温度为50～70℃，恒温干燥箱干燥时间为1～2h。
优选的，在步骤S23中，亦可采用旋涂的方式代替所述利用涂布棒或涂抹器涂抹，使复合涂料在橡胶试样表面均匀分布，将表面预处理后的橡胶试样置于匀胶机托片上，将复合涂料滴加在橡胶表面，设置匀胶机分别以低转速旋涂10～30s和高转速旋涂5～25s，在空气中风干3～10min后，获得有机硅/石墨复合涂层。
优选的，所述低转速为300～1000rpm；所述高转速为1200～3000rpm。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
第一，本发明中经过硅烷偶联剂改性可以得到高度分散的石墨片层，可有效地减小石墨在有机硅溶胶中的团聚，从而有助于石墨材料在涂层中的均匀分散；
第二，本发明制备的复合涂层中，均匀分散的改性石墨片层的引入可以增强有机硅溶胶的结构强度，石墨片层均匀分散在溶胶里，石墨片之间相互堆叠，在溶胶转变为凝胶的过程中，可以对涂层中的应力起到分散作用，增强涂层的结构强度，从而提高复合涂层的力学性能、耐磨性能；
第三，本发明中制备的有机硅/石墨复合涂层具有良好的自润滑性，在干性摩擦过程中可以在表面形成含石墨片层结构的自润滑层，从而显著降低涂层的摩擦系数和磨损率，这有助于提升涂层在摩擦磨损工况下的耐磨性和结构完整性；
第四，本发明采用的制备工艺简单、制备成本低、无需复杂设备，而且我国石墨储量丰富，广泛易得，成本低，可用于大规模的工业化生产。
附图说明
图1为本发明中有机硅/石墨复合涂层制备示意图；
图2为本发明中未改性石墨和改性石墨的傅里叶变换红外(FTIR)光谱图；
图3(a)为改性(右)和未改性(左)的石墨片在有机硅溶胶中的连续分散状态(0min)；
图3(b)为改性(右)和未改性(左)的石墨片在有机硅溶胶中的连续分散状态(30min)；
图3(c)为改性(右)和未改性(左)的石墨片在有机硅溶胶中的连续分散状态(60min)；
图3(d)为改性(右)和未改性(左)的石墨片在有机硅溶胶中的连续分散状态(90min)；
图4(a)为对比例中所获得的有机硅涂层表面的扫描电镜图；
图4(b)为对比例中所获得的有机硅涂层截面的扫描电镜图；
图4(c)为实施例1中所获得的有机硅涂层表面的扫描电镜图；
图4(d)为实施例1中所获得的有机硅涂层截面的扫描电镜图；
图5为本发明中涂有不同含量改性石墨涂层橡胶试样的摩擦系数图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明提供了一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层及其制备方法，所述有机硅/石墨复合涂层通过溶胶-凝胶法将复合涂料成型于橡胶表面，复合涂料包括有机硅前体溶胶与其中掺杂的改性石墨。
优选的，所述有机硅前体溶胶主要原料为硅酸四乙酯TEOS和三乙氧基甲基硅烷MTES；
优选的，所述改性石墨是由目数为5000目的石墨材料经KH-550改性制成。
复合涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤S10，将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照第一预设比例均匀混合后，连续搅拌，在室温下陈化后备用，得到前体溶胶，记为1号溶液；
具体的，在本步骤中，第一预设比例为：TEOS：MTES：无水乙醇：去离子水的体积比为1～10:1～10:2.5～10:0.5～5，混合条件为搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为30～60min，陈化时间为3～4天。
步骤S11，将无水乙醇、去离子水、KH-550、HCl按照第二预设比例混合均匀后，将石墨材料加入该溶液中形成混合悬浮液；
具体的，在本步骤中，第二预设比例为：无水乙醇：去离子水：KH-550：HCl的体积比为9～20:1～5:2.5～5:0.1～1，石墨材料的质量为0.5～2g；
步骤S12，将混合悬浮液超声后，水浴加热搅拌，得到含改性石墨的悬浮液；
具体的，在本步骤中，超声的时间为30～60min，水浴温度为60～80℃，搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为4～6h。
步骤S13，将无水乙醇与高速离心机配合使用，将含改性石墨的悬浮液反复洗涤，随后将洗涤好的溶液在真空干燥箱中烘干，得到改性石墨材料；
具体的，在本步骤中，高速离心机转速为2000～5000rpm，洗涤持续时间为3～5min，洗涤次数三次，真空干燥箱温度为60～90℃，干燥时间为12～24h。
步骤S14，将40～160mg改性石墨材料加入10ml无水乙醇溶液中，超声处理制成含有4～16mg/ml改性石墨材料的无水乙醇溶液，记为2号溶液；
具体的，在本步骤中，无水乙醇溶液为10～20ml，超声时间为10～24h。
步骤S15，将1号溶液和2号溶液混合后，配置得到含改性石墨材料的复合有机硅溶胶；
步骤S16，按照第三预设比例向复合有机硅溶胶内加入HCl后，磁力搅拌；
具体的，在本步骤中，第三预设比例为复合有机硅溶胶：HCl的体积比为1：0.01～0.1，搅拌转速为300～500rpm，磁力搅拌时间为30～60min；
步骤S17，将搅拌后的复合有机硅溶胶转移进真空干燥器中保存，直至内部无气泡冒出，得到有机硅/石墨复合涂料；
具体的，在本步骤中，所述真空干燥器中保存时间为10～20min。
步骤S18，按照指定的涂覆方法，得到橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层。
涂覆方法包括以下步骤：
步骤S20，将橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤；
具体的，在本步骤中，橡胶试样尺寸为20～40*20～40*3～5mm；
步骤S21，将洗涤后的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液和Tris溶液的混合溶液中；
具体的，在本步骤中，多巴胺溶液浓度为2.0～2.5g/L，Tris溶液浓度为1.2～1.5g/L，浸泡时间为24～36h；
步骤S22，将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗，在室温下干燥；
具体的，在本步骤中，漂洗次数为2～4次；
步骤S23，在橡胶试样表面中心滴加有机硅/石墨复合涂料，利用涂布棒或涂抹器涂抹平整均匀；
具体的，在本步骤中，复合涂料的量为60～200μl；
具体的，在本步骤中，亦可采用旋涂的方式使复合涂料在橡胶试样表面均匀分布，将表面预处理后的橡胶试样置于匀胶机托片上，将复合涂料滴加在橡胶表面，设置匀胶机分别以低转速旋涂10～30s和高转速旋涂5～25s，在空气中风干3～10min后，获得有机硅/石墨复合涂层。
具体的，所述低转速为300～1000rpm；所述高转速为1200～3000rpm。
步骤S24，将涂覆后的试样在室温下干燥一段时间，随后转移至恒温干燥箱内干燥一段时间，得到涂覆有机硅/石墨复合涂层的橡胶试样。
具体的，在本步骤中，室温下干燥时间为1～2h，恒温干燥箱的温度为50～70℃，恒温干燥箱干燥时间为1～2h。
在本发明的实施例中，给出了一种普通溶胶-凝胶法制备的有机硅涂层的对比例，并给出了三种含改性石墨的低摩擦有机硅/石墨复合涂层的实施例。
对比例：
在丁腈橡胶表面通过溶胶-凝胶法制备有机硅涂层，按以下步骤实施：
步骤一：溶胶制备：
将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照比例体积比为1:1:2.5:0.5均匀混合后，在搅拌转速为400rpm下连续搅拌30min，在室温下陈化3～4天后备用，得到前体溶胶。按照1：0.01的比例向前体溶胶中加入HCl，在搅拌转速为400rpm下连续搅拌30min，制得涂层所需溶胶涂料。
步骤二：涂层制备：
将尺寸为28*28*4mm的丁腈橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤，随后将洗涤完成的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液(2.0g/L)和Tris溶液(1.2g/L)的混合溶液中24h，接着将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗三次后在室温下干燥，最后在橡胶试样表面中心滴加65μl溶胶，利用涂布棒涂抹平整均匀。
实施例1
在丁腈橡胶表面通过溶胶-凝胶法制备改性石墨掺杂的有机硅/石墨复合涂层，按以下步骤实施：
步骤一：前体溶胶制备：
将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照体积比为1:1:2.5:0.5均匀混合后，在搅拌转速为400rpm下连续搅拌30min，在室温下陈化3～4天后备用，得到前体溶胶。
步骤二：改性石墨制备：
将无水乙醇、去离子水、KH-550、HCl按照体积比为9:1:2.5:0.1混合均匀后，将0.5g石墨材料加入该溶液中形成混合悬浮液，将混合悬浮液超声30min后，在80℃、搅拌转速为400rpm条件下水浴加热搅拌4h，得到含改性石墨的悬浮液；随后用无水乙醇与高速离心机(3000rpm)配合使用将含改性石墨的悬浮液反复洗涤三次，每次洗涤持续时间为5min，接着将洗涤好的溶液在80℃真空干燥箱中烘干12h，得到改性石墨材料；
请参阅图2，通过傅里叶变换红外光谱仪测量原始石墨和改性石墨的傅里叶变换红外(FTIR)光谱可得，与天然石墨的FTIR光谱相比，改性石墨的光谱显示在3435cm-1处出现了一个新的-OH伸缩峰，682cm-1处的峰代表C＝O的伸缩振动。1631cm-1和1097cm-1处的峰对应于N-H和Si-O。在1403cm-1和1383cm-1处有一些吸收峰也出现在改性石墨的FTIR上。结果表明，硅烷偶联剂的水解产物硅烷醇已成功接枝到石墨片表面。KH550的醇盐基团水解产生硅烷醇(SiOH)基团，它可以通过物理吸附和/或化学键与石墨片的含氧基团结合，说明改性石墨性质稳定。
请参阅图3(a)-图3(d)，通过观察改性和未改性的石墨片每隔30min在前体溶胶中的连续分散状态可以发现，随着时间的增加，改性石墨片比未改性的石墨片在溶液中分散的更为均匀，改性效果显著。
步骤三：复合涂料制备：
将100mg改性石墨材料加入10ml无水乙醇溶液中，超声10h以上制成含有改性石墨材料的无水乙醇溶液；将10ml前体溶液与10ml无水乙醇溶液混合后，配置得到含5mg/ml改性石墨材料的复合有机硅溶胶；将复合有机硅溶胶与HCl按照1：0.01的体积比混合后，在搅拌转速为400rpm下连续搅拌30min；最后将复合有机硅溶胶转移进真空干燥器中保存一段时间，直至溶胶内无气泡冒出，得到有机硅/石墨复合涂料；
步骤四：涂层制备：
将尺寸为28*28*4mm的丁腈橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤，随后将洗涤完成的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液(2.0g/L)和Tris溶液(1.2g/L)的混合溶液中24h，接着将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗三次后在室温下干燥，最后在橡胶试样表面中心滴加65μl复合涂料，利用涂布棒涂抹平整均匀。
实施例2
在三元乙丙橡胶表面通过溶胶-凝胶法制备改性石墨掺杂的有机硅/石墨复合涂层，按以下步骤实施：
本实施例中，在步骤四，涂层制备过程中：
将尺寸为28*28*4mm的三元乙丙橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤，随后将洗涤完成的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液(2.0g/L)和Tris溶液(1.2g/L)的混合溶液中24h，接着将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗三次后在室温下干燥，最后在橡胶试样表面中心滴加65μl复合涂料，利用涂布棒涂抹平整均匀。
其他与具体实施例1相同。
本实施例中，涂层-基材之间的结合性能好，涂层具有较好的抗磨减摩性能。
实施例3
在丁腈橡胶表面通过溶胶-凝胶法制备改性石墨掺杂的有机硅/石墨复合涂层，按以下步骤实施：
本实施例中，在步骤四，涂层制备过程中：
将尺寸为28*28*4mm的丁腈橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤，随后将洗涤完成的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液(2.0g/L)和Tris溶液(1.2g/L)的混合溶液中24h，接着将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗三次后在室温下干燥，将表面预处理后的橡胶试样置于匀胶机托片上，将复合溶胶滴加在橡胶表面，设置匀胶机分别以1000rpm低转速旋涂20s和3000rpm高转速旋涂20s，在空气中风干5min后，获得有机硅/石墨复合涂层。
其他与具体实施例1相同。
本实施例中，涂层-基材之间的结合性能好，涂层具有较好的抗磨减摩性能。
请参阅图4(a)至图4(d)，分别将对比例制备涂层(a)和(b)和实施例1制备涂层(c)和(d)的表面和截面进行SEM测试。可知，图中的对比例和实施例1涂层表面都出现均匀分布的裂纹，这有助于释放橡胶试样变形时的应力，但实施例1涂层表面相较于对比例涂层表面更加平整致密，对比例中涂层裂纹边缘则出现了较多脱落迹象。此外，实施例1涂层横截面更加致密，石墨片层在涂层内部均匀分散，涂层与丁腈橡胶基体结合力较好，而对比例涂层截面则呈蜂窝状，有较多空洞出现，不利于与金属摩擦过程中应力的传递，容易导致涂层剥离破碎，劣化摩擦学性能。
请参阅图5，分别将丁腈橡胶、对比例制备涂层、实施例1制备涂层在摩擦副尺寸为φ6mm的GCr15钢球，载荷为2N，转速为200r/min，摩擦半径为5mm，磨损时间为60min的条件下的进行摩擦学性能测试。可观察到，在涂层中掺杂改性石墨片层结构之后，实施例1涂层的摩擦系数较对比例显著减小，试样摩擦系数稳定于0.107，说明涂层中石墨片层结构起到了良好的保护和自润滑作用，使涂层具有良好的减摩特性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，所述有机硅/石墨复合涂层通过溶胶-凝胶法将复合涂料成型于橡胶表面，复合涂料包括有机硅前体溶胶与其中掺杂的改性石墨；
所述有机硅前体溶胶主要原料为硅酸四乙酯TEOS和三乙氧基甲基硅烷MTES；
所述改性石墨是由目数为5000目的石墨材料经KH-550改性制成；
具体制备方法包括以下步骤：
步骤S10，将TEOS、MTES、无水乙醇和去离子水按照第一预设比例均匀混合后，连续搅拌，在室温下陈化后备用，得到前体溶胶，记为1号溶液；
步骤S11，将无水乙醇、去离子水、KH-550、HCl按照第二预设比例混合均匀后，将石墨材料加入该溶液中形成混合悬浮液；
步骤S12，将混合悬浮液超声后，水浴加热搅拌，得到含改性石墨的悬浮液；
步骤S13，将无水乙醇与高速离心机配合使用，将含改性石墨的悬浮液反复洗涤，随后将洗涤好的溶液在真空干燥箱中烘干，得到改性石墨材料；
步骤S14，将改性石墨材料加入无水乙醇溶液中，超声处理制成含有改性石墨材料的无水乙醇溶液，记为2号溶液；
步骤S15，将1号溶液和2号溶液混合后，配置得到含改性石墨材料的复合有机硅溶胶；
步骤S16，按照第三预设比例向复合有机硅溶胶内加入HCl后，磁力搅拌；
步骤S17，将搅拌后的复合有机硅溶胶转移进真空干燥器中保存，直至内部无气泡冒出，得到有机硅/石墨复合涂料；
步骤S18，通过涂覆方法将有机硅/石墨复合涂料涂覆于橡胶表面，得到橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层；
涂覆方法包括以下步骤：
步骤S20，将橡胶试样用无水乙醇和去离子水超声洗涤；
步骤S21，将洗涤后的橡胶试样分散浸泡于多巴胺溶液和Tris溶液的混合溶液中；
步骤S22，将浸泡后的橡胶试样取出，用去离子水漂洗，在室温下干燥；
步骤S23，在橡胶试样表面中心滴加有机硅/石墨复合涂料，利用涂布棒或涂抹器涂抹平整均匀；
步骤S24，将涂覆后的试样在室温下干燥，随后转移至恒温干燥箱内干燥，得到涂覆有机硅/石墨复合涂层的橡胶试样。
2.根据权利要求1所述基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，第一预设比例为：TEOS：MTES：无水乙醇：去离子水的体积比为1～10:1～10:2.5～10:0.5～5，混合条件为搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为30～60min，陈化时间为3～4天。
3.根据权利要求1所述基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S11中，第二预设比例为：无水乙醇：去离子水：KH-550：HCl的体积比为9～20:1～5:2.5～5:0.1～1，石墨材料的质量为0.5～2g；
在步骤S12中，超声的时间为30～60min，水浴温度为60～80℃，搅拌转速为300～500rpm，搅拌时间为4～6h。
4.根据权利要求1所述基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S13中，高速离心机转速为2000～5000rpm，洗涤持续时间为3～5min，洗涤次数三次，真空干燥箱温度为60～90℃，干燥时间为12～24h；
在步骤S14中，无水乙醇溶液为10～20ml，超声时间为10～24h；所述改性石墨材料的加入量为40～160mg，无水乙醇溶液为10ml；所述改性石墨材料的无水乙醇溶液的浓度为4～16mg/ml；
在步骤S16中，第三预设比例为复合有机硅溶胶：HCl的体积比为1：0.01～0.1，搅拌转速为300～500rpm，磁力搅拌时间为30～60min；
步骤S17中，所述真空干燥器中保存时间为10～20min。
5.根据权利要求1所述基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，橡胶试样尺寸为20～40*20～40*3～5mm；
在步骤S21中，多巴胺溶液浓度为2.0～2.5g/L，Tris溶液浓度为1.2～1.5g/L，浸泡时间为24～36h；
在步骤S22中，漂洗次数为2～4次；
在步骤S23中，复合涂料的量为60～200μl；
在步骤S24中，室温下干燥时间为1～2h，恒温干燥箱的温度为50～70℃，恒温干燥箱干燥时间为1～2h。
6.根据权利要求1所述基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤S23中，采用旋涂的方式代替所述利用涂布棒或涂抹器涂抹，使复合涂料在橡胶试样表面均匀分布，将表面预处理后的橡胶试样置于匀胶机托片上，将复合涂料滴加在橡胶表面，设置匀胶机分别以低转速旋涂10～30s和高转速旋涂5～25s，在空气中风干3～10min后，获得有机硅/石墨复合涂层。
7.根据权利要求6所述基于溶胶-凝胶法的橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层的制备方法，其特征在于，所述低转速为300～1000rpm；所述高转速为1200～3000rpm。
8.根据权利要求1～6任一项所述制备方法制备得到橡胶表面低摩擦有机硅/石墨复合涂层。
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